(57)【要約】  カバーガラス（１０）は、ガラス層（１６）と、粘弾性体層（１２）と、ガラス層（１６）と粘弾性体層（１２）との間に配置された音響インピーダンス調整層（１４）と、を備えている。ガラス層（１６）の音響インピーダンスがＺｇ、音響インピーダンスマッチング層（１４）の音響インピーダンスがＺｍ、粘弾性体層（１２）の音響インピーダンスがＺｄであるとき、カバーガラス（１０）は、Ｚｇ＞Ｚｍ＞Ｚｄの関係を満足する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス層と、
粘弾性体層と、
前記ガラス層と前記粘弾性体層との間に配置された音響インピーダンス調整層と、
を備え、
前記ガラス層の音響インピーダンスがＺｇ、前記音響インピーダンス調整層の音響インピーダンスがＺｍ、前記粘弾性体層の音響インピーダンスがＺｄであるとき、Ｚｇ＞Ｚｍ＞Ｚｄの関係を満足する、カバーガラス。
【請求項２】
前記粘弾性体層及び前記音響インピーダンス調整層は、可視光に対して透明な材料でできている、請求項１に記載のカバーガラス。
【請求項３】
前記粘弾性体層は、光学用透明粘着フィルムで構成されている、請求項１又は２に記載のカバーガラス。
【請求項４】
前記インピーダンス調整層は、ポリエチレン、ポリメタクリル酸メチル、ポリカーボネート、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリイミド及びポリアミドからなる群より選ばれる少なくとも１つの樹脂でできている、請求項１〜３のいずれか１項に記載のカバーガラス。
【請求項５】
前記ガラス層から前記粘弾性体層に伝達する衝撃波の強度透過率が１０％以上である、請求項１〜４のいずれか１項に記載のカバーガラス。
【請求項６】
ディスプレイ本体と、
前記ディスプレイ本体の表示面に取り付けられた請求項１〜５のいずれか１項に記載のカバーガラスと、
を備えた、ディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディスプレイの保護に使用されるカバーガラスに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話、携帯情報端末、タブレットＰＣなどのモバイル機器のディスプレイには、ディスプレイを保護するためのカバーガラス（薄いガラス板）が使用されることが多い。ディスプレイの軽量化及び薄型化が進むにつれて、カバーガラスを薄くすることが要求されている。しかし、カバーガラスを薄くすると、その強度が低下し、ディスプレイの落下又はディスプレイの表面への金属類の衝突によってカバーガラスが割れやすくなる。割れやすいカバーガラスは、ディスプレイの保護という目的を達成できない。【０００３】
特許文献１には、透明接着剤によって強化ガラスが表示パネルに貼り付けられることが記載されている。特許文献２には、ガラス基板、ＯＣＡ層（optical clear adhesive layer）及びＰＥＴフィルムがこの順番に積層されたカバーガラスが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１２２６５５号公報（段落０００６〜０００７）
【特許文献２】特表２０１６−５１３６１２号公報（図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
昨今、フレキシブルなディスプレイを実現するために、カバーガラスの厚さをさらに減らしてカバーガラスに可とう性を持たせることが検討されている。例えば、エッチングによって厚さを０．０５ｍｍ以下に減じたガラス板と樹脂膜との積層体をカバーガラスとして用いることが検討されている。【０００６】
例えば、化学強化ガラス板を使用することによってカバーガラスの曲げ強度を向上させ、これにより落下時の破損を防ぐことは可能である。しかし、ペン先、その他の金属類がカバーガラスの表面に衝突してカバーガラスが破損することを防ぐことは難しい。【０００７】
こうした事情に鑑み、本発明は、衝撃荷重に対するカバーガラスの強度を高めるための技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
すなわち、本発明は、
ガラス層と、
粘弾性体層と、
前記ガラス層と前記粘弾性体層との間に配置された音響インピーダンス調整層と、
を備え、
前記ガラス層の音響インピーダンスがＺｇ、前記音響インピーダンス調整層の音響インピーダンスがＺｍ、前記粘弾性体層の音響インピーダンスがＺｄであるとき、Ｚｇ＞Ｚｍ＞Ｚｄの関係を満足する、カバーガラスを提供する。【０００９】
他の側面において、本発明は、
ディスプレイ本体と、
前記ディスプレイ本体の表示面に取り付けられた上記のカバーガラスと、
を備えた、ディスプレイを提供する。
【発明の効果】
【００１０】
上記の技術によれば、衝撃荷重に対するカバーガラスの強度を効果的に高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の実施形態にかかるカバーガラスの概略断面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、音響インピーダンスの分布を示す概念図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、音響インピーダンスの分布を示す別の概念図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、音響インピーダンスの分布を示すさらに別の概念図である。
【図３】図３は、実施例１、実施例２、実施例３、比較例１及び比較例２のボールペン落下試験の結果のワイブル分布を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明者らは、鋭意検討の結果、従来のカバーガラスに次のような課題があることを突き止めた。
【００１３】
硬い物体が高速度かつ小さい接触面積でガラス板に衝突した場合に生じる破壊は、ヘルツ破壊と呼ばれている。ヘルツ破壊は、衝突時に発生する弾性波（衝撃波）による破壊である。ガラス層／ＯＣＡ層／ＰＥＴフィルム（特許文献２の図１）の積層構造を有するカバーガラスにおいては、衝突時に発生する弾性波がガラス層とＯＣＡ層との界面で反射し、弾性波の定常波が発生する。その際、ガラス層の表面に存在する潜傷に強い引張応力が加わり、その引張応力がクラックを成長させ、カバーガラスの破壊に至る。動的なシミュレーションによれば、高硬度鋼ペン先（直径０．７ｍｍ）を有する５ｇのボールペンを２３ｃｍ以上の高さから落下させてカバーガラスの表面に垂直に衝突させると、５０ｋｇｆ以上の荷重が衝撃力としてカバーガラスに加わる。１ｍから落下させると１００ｋｇｆを超える荷重が衝撃力としてカバーガラスに加わる。衝突時間は１１μｓｅｃ程度である。
【００１４】
ＯＣＡ層の内部では、ＯＣＡ層の粘性変形によって弾性波が減衰する。しかし、ＯＣＡ層を構成する樹脂の粘性係数が小さいと、弾性波の減衰が弱くなってガラス層／ＯＣＡ層の界面とＯＣＡ層／ＰＥＴフィルムの界面との間で自由端定常波が形成される。そのため、ガラス層とＯＣＡ層との界面で剥離が生じたり、ＯＣＡ層そのものの破壊が発生する可能性がある。
【００１５】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されない。
【００１６】
図１に示すように、本実施形態のカバーガラス１０は、粘弾性体層１２、音響インピーダンス調整層１４及びガラス層１６を備えている。ガラス層１６と粘弾性体層１２との間に音響インピーダンス調整層１４が配置されている。つまり、粘弾性体層１２、音響インピーダンス調整層１４及びガラス層１６はこの順番に積層されている。本実施形態では、粘弾性体層１２が音響インピーダンス調整層１４に接している。音響インピーダンス調整層１４がガラス層１６に接している。ガラス層１６によってカバーガラス１０の最表面が形成されている。粘弾性体層１２が直接又は他の層を介してディスプレイ本体に接するように、カバーガラス１０がディスプレイ本体の表示面に取り付けられる。
【００１７】
粘弾性体層１２は、可視光に対して透明な樹脂（通常は、無色透明な樹脂）で形成された層である。粘弾性体層１２は、例えば、アクリル粘着剤のような粘着性を有する樹脂材料で形成されている。粘弾性体層１２は、典型的には、光学用透明粘着フィルム（ＯＣＡフィルム：optical clear adhesive film）又はＵＶ硬化型の光学用透明樹脂（ＯＣＲ：optical clear resin）で形成されている。粘弾性体層１２が粘着性を有していることは必須ではない。ただし、粘弾性体層１２が粘着性を有していない場合、カバーガラス１０をディスプレイ本体に取り付ける際に粘着剤が別途必要になる。
【００１８】
音響インピーダンス調整層１４は、粘弾性体層１２とガラス層１６との間で音響インピーダンスをマッチングさせるための層である。この機能を発揮でき、かつ、可視光に対して透明である（通常は、無色透明）限り、音響インピーダンス調整層１４の材料は特に限定されない。音響インピーダンス調整層１４の材料組成は、粘弾性体層１２の材料組成と異なっている。音響インピーダンス調整層１４は、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエステル、ポリイミド及びポリアミドからなる群より選ばれる少なくとも１つの樹脂で形成されている。ポリエチレンは、高密度ポリエチレンであってもよいし、低密度ポリエチレンであってもよい。ポリエステルの例には、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）が含まれる。ポリアミドの例には、ナイロン６及びナイロン６，６が含まれる。場合によっては、ＳｉＯ2、ＢＮなどの無機材料で音響インピーダンス調整層１４が形成されていてもよい。
【００１９】
ガラス層１６は、例えば、強化ガラス板で形成されている。強化ガラス板としては、化学強化ガラス板が挙げられる。化学強化ガラス板は、ガラス板をアルカリ金属塩の融液中で処理し、ガラス板の表層部に圧縮応力を与える化学強化法によって作製されうる。化学強化ガラス板に使用されるガラス板は、例えば、フロート法で作製されたガラス板であり、ソーダライムガラス、アルミノシリケートガラスなどの公知のガラスの組成を有する。
【００２０】
ガラス層１６の音響インピーダンスがＺｇ、音響インピーダンス調整層１４の音響インピーダンスがＺｍ、粘弾性体層１２の音響インピーダンスがＺｄであるとき、本実施形態のカバーガラス１０は、Ｚｇ＞Ｚｍ＞Ｚｄの関係を満足する。各層の音響インピーダンスＺｇ，Ｚｍ及びＺｄがこのような関係を満足していると、次のような効果が得られる。すなわち、カバーガラス１０の表面に衝撃が加わることによって発生する弾性波の界面反射が抑制され、定常波の発生も抑制される。ガラス層１６に強い引張応力が加わりにくいので、カバーガラス１０が破壊されにくい。この効果には、界面を透過した弾性波を粘弾性体層１２に吸収させることも寄与する。また、粘弾性体層１２及び音響インピーダンス調整層１４の両方が樹脂材料で形成されていると、粘弾性体層１２と音響インピーダンス調整層１４との界面での破壊を効果的に防ぐことができる。理論上、Ｚｍ＝（Ｚｇ・Ｚｄ）1/2の関係を満たすときに最も高い効果が得られる。
【００２１】
音響インピーダンス調整層１４は、単一の音響インピーダンスを有する層であってもよい。また、音響インピーダンス調整層１４は、互いに異なる音響インピーダンスをそれぞれ有する複数の層を積層させることによって形成された層であってもよい。図２Ａに示すように、音響インピーダンス調整層１４を構成する複数の層１４ａ〜１４ｃは、例えば、ガラス層１６から粘弾性体層１２に向かって音響インピーダンスが段階的に減少するように積層されている。
【００２２】
また、Ｚｇ＞Ｚｍ＞Ｚｄの関係を満足する限り、ガラス層１６の音響インピーダンスよりも大きい音響インピーダンスを有する層が音響インピーダンス調整層１４とガラス層１６との間に配置されていてもよい。さらに、図２Ｂに示すように、音響インピーダンス調整層１４が複数の層１４ｄ〜１４ｆで構成されているとき、ガラス層１６の音響インピーダンスよりも大きい音響インピーダンスを有する層１４ｅが複数の層１４ｄ〜１４ｆに含まれていてもよい。言い換えれば、音響インピーダンス調整層１４は、Ｚｇ＞Ｚｍ＞Ｚｄの関係を満足する少なくとも１つの層（層１４ｄ及び１４ｆ）と、ガラス層１６の音響インピーダンスよりも大きい音響インピーダンスを有する層（層１４ｅ）とによって構成された積層構造を有していてもよい。さらに、音響インピーダンス調整層１４を構成する複数の層には、粘弾性体層１２の音響インピーダンスＺｄよりも小さい音響インピーダンスを有する層が含まれていてもよい。
【００２３】
図２Ｃに示すように、音響インピーダンス調整層１４において、ガラス層１６から粘弾性体層１２に向かって音響インピーダンスが連続的に減少していてもよい。音響インピーダンス調整層１４において、音響インピーダンスは、線形的に減少していてもよいし、非線形的に減少していてもよい。
【００２４】
下記式に示すように、音響インピーダンスＺ（ｋｇ／ｍ2・ｓｅｃ）は、媒質の密度ρ（ｋｇ／ｍ3）と媒質中の音速ｃ（ｍ／ｓｅｃ）の積で定義される。言い換えれば、音響インピーダンスＺは、媒質の密度ρと媒質のヤング率Ｅの積の平方根で定義される。媒質の温度は常温（日本工業規格：２０℃±１５℃／JIS Z8703）とする。媒質中の音速ｃは、シングアラウンド式音速測定装置によって測定することができる。
Ｚ＝ρｃ
ｃ＝（Ｅ／ρ）1/2
【００２５】
カバーガラス１０の厚さは、例えば、０．０１５〜０．１５ｍｍの範囲にある。
【００２６】
粘弾性体層１２の厚さｔｄは、例えば、０．１ｍｍ未満である。粘弾性体層１２を十分に薄くすることによって、ガラス層１６に衝撃が加わったときのガラス層１６の変形量を抑えることができる。粘弾性体層１２の厚さｔｄの下限値は特に限定されない。厚さｔｄの下限値は、例えば、１０μｍである。
【００２７】
音響インピーダンス調整層１４の厚さｔｍは、例えば、０．００３〜２０μｍの範囲にある。
【００２８】
ガラス層１６の厚さｔｇは、例えば、０．０１５〜０．１５ｍｍの範囲にある。ガラス層１６を薄くすると、カバーガラス１０の曲げ剛性も下がる。その結果、大きな曲げ（例えば、曲率半径５ｍｍ）が加わっても破損しにくいカバーガラス１０を提供することが可能となる。つまり、カバーガラス１０のフレキシブルディスプレイへの適性を高めることができる。
【００２９】
本実施形態のカバーガラス１０において、ガラス層１６の厚さｔｇ、音響インピーダンス調整層１４の厚さｔｍ、粘弾性体層１２の厚さｔｄは、（ｔｍ＋ｔｄ）≧０．０００２ｔｇの関係を満足する。厚さｔｇ、厚さｔｍ及び厚さｔｄは、望ましくは、（ｔｍ＋ｔｄ）≧０．２ｔｇの関係を満足する。各層がこのような関係を満足していると、各層の界面での弾性波の反射を抑制する効果が十分に得られる。厚さｔｍ及び厚さｔｄの和の上限値は特に限定されない。厚さｔｇ、厚さｔｍ及び厚さｔｄは、例えば、２・ｔｇ≧（ｔｍ＋ｔｄ）の関係を満足する。
【００３０】
本実施形態において、粘弾性体層１２の粘度は、常温で０．０００１〜２００００Ｐａ・ｓｅｃの範囲にある。粘弾性体層１２の粘度がこのような範囲に収まっていると、弾性波の定常波を効率よく減衰させることができる。また、粘弾性体層１２の弾性率（引張弾性率（ヤング率））は、例えば、３０Ｅ＋３〜５Ｅ＋９（Ｐａ）の範囲にある。
【００３１】
粘弾性体層１２の粘度及び弾性率は、それぞれ、粘弾性体層１２を形成している材料の粘度及び弾性率を意味する。粘度は、例えば、超音波粘度計によって測定されうる。超音波粘度計の測定原理は次の通りである。試料中に振動子を入れ、振動させると、試料と振動子との摩擦により振幅が変化する。この振幅を一定にするように外部から電流を加えて振動子を振動させる。このときの電流値から粘度を求めることができる。弾性率は、例えば、動的粘弾性測定装置（レオメーター）によって測定されうる。動的粘弾性測定装置の測定原理は、概ね次の通りである。試料に周期的な応力を印加し、せん断応力の波形と、それらの位相差とから各粘弾性率を測定することができる。粘弾性体層１２の材料組成と同じ材料組成を有する試験片を作製し、この試験片を粘度の測定及び弾性率の測定に使用することができる。
【実施例】
【００３２】
（実施例１）
厚さ４８μｍの化学強化ガラス板（日本板硝子社製 glanova（登録商標））の裏面にスリットスピン法によってＰＭＭＡの溶液を塗布して塗膜を形成し、塗膜を乾燥させることによって厚さ１．３μｍの音響インピーダンス調整層を形成した。次に、音響インピーダンス調整層の上にアクリル粘着剤でできた厚さ２０μｍのＯＣＡフィルム（３Ｍ社製）を貼り合わせた。これにより、実施例１のカバーガラスを得た。【００３３】
（実施例２）
厚さ４８μｍの化学強化ガラス板（日本板硝子社製 glanova（登録商標））の裏面に音響インピーダンス調整層として厚さ１．３μｍのＰＥＴフィルムを貼り合わせた。ＰＥＴフィルムとガラス板との貼り合わせにはアクリル系の透明な粘着剤を使用した。次に、音響インピーダンス調整層の上にアクリル粘着剤でできた厚さ２０μｍのＯＣＡフィルム（３Ｍ社製）を貼り合わせた。これにより、実施例２のカバーガラスを得た。【００３４】
（実施例３）
厚さ４８μｍの化学強化ガラス板（日本板硝子社製 glanova（登録商標））の裏面に音響インピーダンス調整層として厚さ２．２μｍのＰＥＴフィルムを貼り合わせた。ＰＥＴフィルムとガラス板との貼り合わせにはアクリル系の透明な粘着剤を使用した。次に、音響インピーダンス調整層の上にアクリル粘着剤でできた厚さ２０μｍのＯＣＡフィルム（３Ｍ社製）を貼り合わせた。これにより、実施例３のカバーガラスを得た。【００３５】
（比較例１）
厚さ４８μｍの化学強化ガラス板（日本板硝子社製 glanova（登録商標））の裏面にアクリル粘着剤でできた厚さ２０μｍのＯＣＡフィルム（３Ｍ社製）を貼り合わせた。これにより、比較例１のカバーガラスを得た。【００３６】
（比較例２）
厚さ４８μｍの化学強化ガラス板（日本板硝子社製 glanova（登録商標））の裏面にスパッタリング法によって厚さ２５ｎｍのＳｉ3Ｎ4膜を形成した。次に、Ｓｉ3Ｎ4膜の上にアクリル粘着剤でできた厚さ２０μｍのＯＣＡフィルム（３Ｍ社製）を貼り合わせた。これにより、比較例２のカバーガラスを得た。【００３７】
［ボールペン落下試験］
まず、実施例及び比較例のカバーガラスをフレキシブルディスプレイに見立てたＰＥＴフィルム（厚さ３０μｍ）に貼り付けた。これにより、カバーガラスとＰＥＴフィルムとの積層体を得た。次に、カバーガラスが上になるように厚さ５ｍｍのガラス板の上に積層体を配置した。このようにして、ボールペン落下試験用の試料を得た。カバーガラスの表面に高硬度鋼ペン先（直径０．７ｍｍ）を有する５ｇのボールペンを落下させ、カバーガラスが破壊される高さを調べた。具体的には、カバーガラスの特定の位置に向けてボールペンを落下させ、カバーガラスが破壊された高さを記録した。１ｃｍの高さから落下を開始し、１ｃｍ刻みでボールペンの落下高さを増加させた。実施例１，２及び比較例１，２のカバーガラスから２２個の試料を作製し、それら２２個の試料のボールペン落下試験を実施した。実施例３のカバーガラスから１１個の試料を作製し、それら１１個の試料のボールペン落下試験を実施した。試験結果を表１及び図３に示す。図３は、試験結果のワイブル分布を示している。表１において、「Ｂ１０（／ｃｍ）」の項目は、１０％の試料が破壊されたときの高さを示している。【００３８】
［衝撃波の強度透過率］
各層の音響インピーダンスを使用し、実施例及び比較例のカバーガラスにおいてガラス層からＯＣＡ層に伝搬する衝撃波の強度透過率を理論計算によって算出した。結果を表１に示す。【００３９】
【表１】
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【００４０】
実施例１〜３の平均破壊高さは、いずれも、比較例１，２の平均破壊高さを大きく上回った。実施例３の平均破壊高さは最も大きかった。ガラス層と粘弾性体層との間のインピーダンスマッチングによって界面での弾性波の反射が抑制され、ガラス層の表面のクラックに加わる応力が低減され、その結果、平均破壊高さが増えたと考えられる。実施例１において、ガラス層（glanova（登録商標））の音響インピーダンスＺｇは１．４Ｅ＋０７（kg/m2・s）であり、音響インピーダンス調整層（ＰＭＭＡ）の音響インピーダンスＺｍは１．７Ｅ＋０６（kg/m2・s）であり、粘弾性体層（ＯＣＡ）の音響インピーダンスＺｄは１．８Ｅ＋０５（kg/m2・s）であり、これらはＺｇ＞Ｚｍ＞Ｚｄの関係を満足していた。同様に、実施例２，３において、音響インピーダンス調整層（ＰＥＴ）の音響インピーダンスＺｍは３．０Ｅ＋０６（kg/m2・s）であり、Ｚｇ＞Ｚｍ＞Ｚｄの関係を満足していた。【００４１】
図３のワイブル分布から理解できるように、比較例１及び２のボールペン破壊高さは、全体的に、実施例１〜３のボールペン破壊高さよりも低かった。特に、比較例２は比較例１よりも劣っていた。比較例２に関して、ガラス層／Ｓｉ3Ｎ4膜の界面での弾性波の反射が大きいこと、及び、定常波の腹の位置が界面の位置に略一致することによって、最大応力が２倍になり、僅かな衝撃でも破壊に至ったためと考えられる。比較例２において、ガラス層と粘弾性体層との間に設けられたＳｉ3Ｎ4膜の音響インピーダンス（＝３．１Ｅ＋０７（kg/m2・s））は、ガラス層の音響インピーダンス（＝１．４Ｅ＋０７（kg/m2・s））よりも大きかった。【００４２】
ガラス層から粘弾性体層に伝達する衝撃波の強度透過率が１０％以上であるとき、カバーガラスは耐衝撃性に優れていた。強度透過率の上限値は、例えば１２％であり、望ましくは１３％である。ただし、強度透過率がある一定値以上あれば、粘弾性層が衝撃波を吸収する性能が発揮されやすいため、強度透過率の上限値は特に限定されない。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本明細書に開示された技術は、ディスプレイの保護に使用されるカバーガラスに有用である。ディスプレイの種類は特に限定されず、モバイル機器、テレビ受像機、ナビゲーション装置などのディスプレイが挙げられる。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【国際調査報告】
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2018055998.tif 000010
2018055998.tif 000011
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